CN112936223B - 一种气动柔性执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动柔性执行器，包括移动螺母、硅胶软管、电刷、导电硅胶和尼龙小球，硅胶软管内设置有两个尼龙小球，两个尼龙小球的直径大于硅胶软管的直径，硅胶软管上相对设置有两条导电硅胶，移动螺母包括螺母支架、四个滚动轴承和两个电刷，螺母支架套设于硅胶软管上，且位于两个凸起之间，螺母支架的内侧轴向安装四个滚动轴承，滚动轴承之间的内切圆直径小于尼龙小球直径；两个电刷安装于螺母支架的内侧，两个电刷分别与两条导电硅胶接触设置；本发明中的气动柔性执行器，在保证一定移动速度和稳定性的同时，结构更加简单，材料易得、具有较高的移动精度而且能够实现定位、自锁等功能。

Description

一种气动柔性执行器

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种气动柔性执行器。

背景技术

目前，在许多领域中对于使用机器人在狭窄的空间中进行探测搜索的需求日益提高。例如近年来地震和海啸等自然灾害频发，在灾区救援工作中，往往需要开发救援机器人来探测倒塌的房屋内部和瓦砾下是否存在伤员并辅助进行救援；还有医学领域的内窥镜机器人和工业领域的管道检测机器人等，均需要对不同种类的狭窄空间进行探测。相比于传统的刚性移动机器人，气动的柔性机器人更加适合这种工作，因为气动的柔性机构往往比电动的刚性机构更加灵活。并且相比于其他驱动方式，气动驱动更容易设计体积更小的结构，因为空气可以通过狭窄的缝隙，同时也易于密封。

近年来出现的气动柔性执行器在速度、冲程和稳定性方面有着长足的进步。它们大多都依靠充气软管的变形张力驱动外部滚轮运动，结构复杂、移动精度较低而且驱动力受管道材料限制较大，对材料的制备技术水平要求较高；同时功能也较为单一，不具备定位以及自锁等特点以应付一些较为复杂的管道探测。

基于上述问题，设计一种不同结构的气动柔性执行器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气动柔性执行器，以解决上述现有技术存在的问题，在保证一定移动速度和稳定性的同时，结构更加简单，材料易得、具有较高的移动精度而且能够实现定位、自锁等功能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种气动柔性执行器，包括移动螺母、硅胶软管、电刷、导电硅胶和尼龙小球，所述硅胶软管内设置有两个所述尼龙小球，两个所述尼龙小球的直径大于所述硅胶软管的直径，使所述硅胶软管上出现两个凸起，两个所述尼龙小球通过连接件连接，所述硅胶软管上相对设置有两条导电硅胶，所述移动螺母包括螺母支架、四个滚动轴承和两个电刷，所述螺母支架套设于所述硅胶软管上，且位于两个凸起之间，所述螺母支架的内侧轴向安装四个横向设置的所述滚动轴承，各所述滚动轴承均通过连接轴与所述螺母支架连接，四个所述滚动轴承的转动面与所述硅胶软管的管壁相对，所述滚动轴承之间的内切圆直径小于尼龙小球直径；两个所述电刷安装于所述螺母支架的内侧，两个所述电刷分别与两条所述导电硅胶接触设置。

优选地，所述螺母支架包括两个通过螺栓连接的对称的两部分，所述螺母支架整体为圆盘结构，圆盘结构的中心设置圆孔，沿着所述圆孔周向设置有四个矩形安装槽，每个所述矩形安装槽的两侧设置夹持孔，每个所述矩形安装槽内安装有一个所述滚动轴承，所述滚动轴承安装在连接轴上，所述连接轴的两端夹持在所述夹持孔内。

优选地，两个所述电刷对称设置于所述螺母支架的圆孔的孔壁上，所述电刷始终与导电硅胶进行接触构成闭合回路。

优选地，两条所述导电硅胶在所述硅胶软管上对称设置。

优选地，两个所述尼龙小球通过细绳连接，所述细绳沿硅胶软管中心线连接两尼龙小球。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的气动柔性执行器，采用气体推动尼龙小球，小球带动移动螺母的传动方式，操作控制更加简洁。

2、本发明提供的气动柔性执行器，在某些特殊场合探索中，即使驱动力消失或者有外力直接作用在移动螺母上时，并不能轻易推动硅胶软管内尼龙小球移动，因此具有自锁能力。

3、本发明提供的气动柔性执行器，硅胶软管外贴有导电硅胶，配合移动螺母上的电刷可形成闭合回路，移动时可根据电流变化判断移动螺母所处位置。

4、本发明提供的气动柔性执行器，结构简单，管道等材料易于制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中气动柔性执行器的立体结构示意图；

图2为本发明中气动柔性执行器的立体爆炸图；

图3为本发明中移动螺母的正视图；

图4为本发明中硅胶软管轴向剖面图；

图中：1-螺母支架、11-圆孔、12-矩形安装槽、13-夹持孔、2-滚动轴承、3-硅胶软管、4-连接轴、5-电刷、6-导电硅胶、7-尼龙小球、8-细绳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种气动柔性执行器，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的气动柔性执行器，如图1-4所示，包括移动螺母、硅胶软管3、电刷5、导电硅胶6和尼龙小球7；硅胶软管3具有一定弹性，能够适应一定程度的膨胀。硅胶软管3内设置有两个尼龙小球7，两个尼龙小球7的直径大于硅胶软管3的直径，使硅胶软管3上出现两个凸起，两个尼龙小球7通过连接件连接，硅胶软管3上相对设置有两条导电硅胶6，移动螺母包括螺母支架1、四个滚动轴承2和两个电刷5，螺母支架1套设于硅胶软管3上，且位于两个凸起之间，螺母支架1的内侧轴向安装四个横向设置的滚动轴承2，各滚动轴承2均通过连接轴4与螺母支架1连接，四个滚动轴承2的转动面与硅胶软管3的管壁相对，滚动轴承2之间的内切圆直径小于尼龙小球7直径，移动螺母随尼龙小球7的移动而移动；两个电刷5安装于螺母支架1的内侧，两个电刷5分别与两条导电硅胶6接触设置。

于本具体实施例中，螺母支架1包括两个通过螺栓连接的对称的两部分，螺母支架1整体为圆盘结构，圆盘结构的中心设置圆孔11，沿着圆孔11周向设置有四个矩形安装槽12，每个矩形安装槽12的两侧设置夹持孔13，每个矩形安装槽12内安装有一个滚动轴承2，滚动轴承2安装在连接轴4上，连接轴4的两端夹持在夹持孔13内。

于本具体实施例中，两个电刷5对称设置于螺母支架1的圆孔11的孔壁上，电刷5始终与导电硅胶6进行接触构成闭合回路。

于本具体实施例中，两条导电硅胶6在硅胶软管3上对称设置，用胶水与硅胶软管3粘合，随硅胶软管3弯曲变形而变形。

于本具体实施例中，两个尼龙小球7通过细绳8连接，细绳8沿硅胶软管3中心线连接两尼龙小球7。两个尼龙小球7置于硅胶软管3内部，将其分隔为不相通的腔室。尼龙小球7的直径略大于硅胶软管3内径，使其产生一定的膨胀，可以达到良好的密封效果，避免气体在腔室之间流通而无法产生气压差，无法推动尼龙小球7运动；同时也避免直径过大而造成尼龙小球7移动需要克服的阻力增加。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种气动柔性执行器，其特征在于：包括移动螺母、硅胶软管、电刷、导电硅胶和尼龙小球，所述硅胶软管内设置有两个所述尼龙小球，两个所述尼龙小球的直径大于所述硅胶软管的直径，使所述硅胶软管上出现两个凸起，两个所述尼龙小球通过连接件连接，所述硅胶软管上相对设置有两条导电硅胶，所述移动螺母包括螺母支架、四个滚动轴承和两个电刷，所述螺母支架套设于所述硅胶软管上，且位于两个凸起之间，所述螺母支架的内侧轴向安装四个横向设置的所述滚动轴承，各所述滚动轴承均通过连接轴与所述螺母支架连接，四个所述滚动轴承的转动面与所述硅胶软管的管壁相对，所述滚动轴承之间的内切圆直径小于尼龙小球直径；两个所述电刷安装于所述螺母支架的内侧，两个所述电刷分别与两条所述导电硅胶接触设置。

2.根据权利要求1所述的气动柔性执行器，其特征在于：所述螺母支架包括两个通过螺栓连接的对称的两部分，所述螺母支架整体为圆盘结构，圆盘结构的中心设置圆孔，沿着所述圆孔周向设置有四个矩形安装槽，每个所述矩形安装槽的两侧设置夹持孔，每个所述矩形安装槽内安装有一个所述滚动轴承，所述滚动轴承安装在连接轴上，所述连接轴的两端夹持在所述夹持孔内。

3.根据权利要求2所述的气动柔性执行器，其特征在于：两个所述电刷对称设置于所述螺母支架的圆孔的孔壁上，所述电刷始终与导电硅胶进行接触构成闭合回路。

4.根据权利要求1所述的气动柔性执行器，其特征在于：两条所述导电硅胶在所述硅胶软管上对称设置。

5.根据权利要求1所述的气动柔性执行器，其特征在于：两个所述尼龙小球通过细绳连接，所述细绳沿硅胶软管中心线连接两尼龙小球。

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